SCIENCES INDUSTRIELLES POUR L’INGÉNIEUR

PREMIÈRE ANNÉE : MPSI

I - PREAMBULE

La compréhension, l’étude, le développement et l’exploitation de systèmes techniques pluritechnologiques

complexes nécessitent le développement d’une démarche ingénieur qui est une approche permettant la
confédération du travail d’équipes pluridisciplinaires selon une logique de gestion de projet , utilisant un
ensemble d’outils permettant de délimiter de manière claire les frontières de ses composantes et les étapes
essentielles à sa mise en œuvre . Pour assurer l’efficience de cette approche il faut construire une vision globale
cohérente du système qu’on cherche à représenter. L’idée est de fédérer plusieurs langages d’assistance au
développement de projet au sein d’un outil unique à utilisation polyvalente mais construit avec une forte
cohérence sémantique permettant l’émergence d’une vision pertinente du système . C’est dans cet objectif que
l’outil SysML (System Modeling Language) a été introduit dans l’actuel programme.

II - OBJECTIFS DE FORMATION

FINALITES

Les sciences industrielles pour l’ingénieur en classes préparatoires marocaines renforcent

l’interdisciplinarité à travers l’analyse de réalisations industrielles existantes.

Il s’agit de modéliser des systèmes manufacturés relevant de tous les secteurs technologiques, de
déterminer leurs grandeurs caractéristiques et de communiquer et interpréter les résultats obtenus en vue de
faire évoluer le système réel.

L’enseignement des sciences industrielles pour l’ingénieur a pour objectif d’aborder la démarche de
l’ingénieur qui permet, en particulier :

 de conduire l’analyse fonctionnelle, structurelle et comportementale d’un système

pluritechnologique ;
 de vérifier les performances attendues d’un système, par l’évaluation de l’écart entre un
cahier des charges et des réponses expérimentales ;
 de proposer et de valider des modèles d’un système à partir d’essais, par l’évaluation de l’écart
entre les performances mesurées et les performances calculées ou simulées ;
 de prévoir les performances d’un système à partir de modélisations, par l’évaluation de l’écart
entre les performances calculées ou simulées et les performances attendues au cahier des charges;
 d’analyser ces écarts et de proposer des solutions en vue d’une amélioration des
performances.

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 L’identification et l’analyse des écarts présentés mobilisent des compétences transversales qui sont
développées en sciences industrielles pour l’ingénieur, mais aussi en mathématiques et en sciences physiques.

Les sciences industrielles pour l’ingénieur constituent donc un vecteur de coopération interdisciplinaire
et participent à la poursuite d’études dans l’enseignement supérieur.

OBJECTIFS GENERAUX:

L'enseignement des connaissances en Sciences Industrielles pour l’ingénieur repose sur l'analyse et la
critique des systèmes industriels existants. Celles-ci permettent, d'une part, d'analyser les besoins, la structure,
l'évolution, la modélisation de l'existant et, d'autre part, d’analyser des architectures définies par un cahier des
charges.

Les compétences développées en sciences industrielles pour l’ingénieur forment un tout cohérent, en
relation directe avec la réalité industrielle qui entoure l’élève. Couplées à la démarche de l’ingénieur, elles le
sensibilisent aux travaux de recherche, de développement et d’innovation.

Ces compétences sont :

 Analyser : permet des études fonctionnelles, structurelles et comportementales des systèmes conduisant
à la compréhension de leur fonctionnement et à une justification de leur architecture. Cette approche
permet de fédérer et assimiler les connaissances présentées dans l'ensemble des disciplines scientifiques
de classes préparatoires aux grandes écoles.
 Modéliser : permet de proposer, après la formulation d’hypothèses, une représentation graphique,
symbolique ou équationnelle pour comprendre le fonctionnement, la structure et le comportement d’un
système réel.
 Résoudre : permet de donner la démarche pour atteindre de manière optimale un résultat. La résolution
est analytique.
 Communiquer : permet de décrire, avec les outils de la communication technique et l’expression
scientifique et technologique adéquate, le fonctionnement, la structure et le comportement des systèmes.

III- PROGRAMME

Les connaissances sont précisées dans la colonne de gauche, tandis que les compétences attendues
accompagnées de commentaires figurent dans la colonne de droite.

Les séances des sciences industrielles pour l’ingénieur sont de 2 heures hebdomadaires programmées, de
préférence, le matin. Il est aussi préférable que l’enseignement se déroule dans un labo de S.I ou dans une
salle spécialisée.

N.B :
 Le séquencement proposé n’a pas pour objet d’imposer une chronologie dans l’étude du
programme ;
 La nature des sciences industrielles pour l’ingénieur et du contexte évolutif de son enseignement,
nécessite une recherche permanente de l’innovation et de l’originalité pédagogique à même d’intégrer
efficacement cette évolution rapide. Dans ce sens, le professeur est libre d’utiliser les méthodes
d’enseignement qu’il juge adéquates, sans pour autant s’écarter des deux principes suivants :
 privilégier la mise en activités des élèves et éviter le dogmatisme ;
 recourir à la mise en contexte des connaissances, des savoir-faire et des systèmes
étudiés ;
 Les résultats expérimentaux et simulés sont fournis en l’absence d’activités pratiques.

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1- Analyse et modélisation des systèmes - Les activités sont organisées à partir de :
Langage SysML : - dossiers techniques incluant des documents
multimédia ;
1 .1) Présentation générale des systèmes : - supports physiques dédiés;
- outils de simulation numérique.

- matière d'œuvre ; L'étude des chaînes fonctionnelles comme sous-

ensembles de systèmes permet de construire une
base de données de solutions industrielles associées
- valeur ajoutée ; aux fonctions principales.

Les compétences acquises doivent permettre de :

- fonction ; - situer le système industriel dans son domaine
d'activité ;
- identifier les matières d'œuvre entrantes et
- performance ; sortantes du système ;
- préciser les caractéristiques de la valeur ajoutée
par le système ;
- partie commande, partie opérative ; - identifier et caractériser les éléments de
structure (sous-ensembles fonctionnels, chaînes
fonctionnelles, partie opérative et partie
- relations entre partie commande et commande).

Ainsi ces activités d’analyse et de modélisation des

partie opérative ; systèmes peuvent être introduites dès le début de
l'année scolaire, et serviront de présentation pour
l’enseignement dispensé tout au long des deux
- relations entre partie commande et années de formation.

L’approfondissement des outils et du vocabulaire de

opérateur. communication technique se fera progressivement et
horizontalement pendant l’avancement sur le
programme.

1-2) Identification de besoin et des Le Cahier des Charges Fonctionnel (fourni) est
l’outil privilégié pour associer les performances
attendues aux fonctions à satisfaire par un système.
exigences :
Les compétences acquises doivent permettre de :
 décrire le besoin ;
Cahier des charges :  traduire un besoin fonctionnel en exigences ;
 présenter la fonction globale ;
 définir les critères technico-économiques ;
- diagramme des exigences ;  identifier les contraintes ;
 identifier et caractériser les fonctions ;
 identifier la nature des flux échangés
- diagramme des cas d’utilisation ; (Matière, énergie, information) traversant la
frontière d’étude ;
 identifier la nature de l’information et la
nature du signal ;
 qualifier la nature des matières, quantifier les
volumes et les masses ;
1-3) Définition des frontières de l'analyse :
 qualifier et quantifier les exigences (critère,
niveau) ;
- frontière de l’étude ;  lire et décoder un diagramme SysML ;
 être Sensibilisé à l’impact environnemental
du système (matériaux, énergie, nuisances).

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 - milieu extérieur ; Le langage SysML permet de décrire les systèmes
selon différents points de vue cohérents afin d’en
permettre la compréhension et l’analyse.
- flux échangés : flux de matière
Les diagrammes SysML sont présentés uniquement à
la lecture.
flux d’information ;
Les normes de représentation du langage SysML sont
fournies et la connaissance de la syntaxe n’est pas
- impact environnemental. exigible.

1-4) Appréhension des analyses Les compétences acquises doivent permettre de :

 identifier et décrire la chaîne d’information et
fonctionnelle et structurelle : la chaîne d'énergie du système ;
Chaîne d’information et d'énergie :  identifier les liens entre la chaîne d’énergie et
la chaîne d'information ;
- présentation des chaînes
 identifier les constituants de la chaîne
d’énergie et d’information ; d'information réalisant les fonctions acquérir,
coder, communiquer, mémoriser, restituer,
- diagramme de définition des
traiter ;
blocs ;  identifier les constituants de la chaîne
- diagramme de blocs internes ; d'énergie réalisant les fonctions agir,
alimenter, convertir, moduler, transmettre,
- diagramme paramétrique. stocker ;
 vérifier l’homogénéité et la compatibilité des
flux entre les différents constituants.

1-5) Identification et caractérisation des

grandeurs physiques : Les compétences acquises doivent permettre de :
 utiliser des symboles et des unités adéquates ;

Grandeurs utilisées :  vérifier l’homogénéité des résultats ;

 qualifier les grandeurs d’entrée et de sortie
- unités du système international ; d’un système isolé ;
- homogénéité des grandeurs.  identifier la nature (grandeur effort, grandeur
flux) ;
 décrire l’évolution des grandeurs.
Caractéristiques des grandeurs
physiques :
Tout au long des deux années préparatoires,
- nature physique ;
l’enseignant insistera sur l’évaluation des ordres de
- caractéristiques fréquentielles ; grandeur ce qui permettra à l’élève d’interpréter les
résultats en vue de valider ou proposer une
- caractéristiques temporelles.
hypothèse.

1-6) Recherche et traitement des

informations : Les normes de représentation des schémas fournies,
les compétences acquises doivent permettre de :
- informations techniques :
Identification et description  extraire les informations utiles d’un dossier
des constituants (actionneurs, technique ;
pré-actionneurs et capteurs) ;  lire et décoder un schéma ;
- schéma électrique, hydraulique et
Pneumatique.  réaliser ou compléter un schéma électrique
(se limiter aux cas simples).

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 1-7) Caractérisation des écarts :
Se limiter à l’introduction des notions d’écarts S-C,
S-L et L-C.
D’autres compétences telles que la quantification des
- définition des écarts ; écarts et leurs interprétations (vérification, recherche
et proposition des causes aux écarts constatés) seront
développés tout au long des deux années
préparatoires.
- identification des écarts. Les résultats expérimentaux et simulés sont fournis en
l’absence d’activités pratiques

2- Mécanique :

2.A) Modélisation géométrique des liaisons

Les compétences acquises doivent permettre de :
2.A.1) Contact entre solides :  proposer une modélisation des liaisons avec
Géométrie générale des contacts
entre deux solides, degrés de une définition précise de leurs
liberté (mobilité). caractéristiques géométriques ;

2.A.2) Liaisons entre solides :  décoder un schéma cinématique spatial ou

Définition ; plan ;
Liaisons normalisées entre
solides : caractéristiques  réaliser le graphe de structure ;
géométriques et degrés de liberté
et symboles normalisés.  réaliser un schéma cinématique simple (se
limiter à 4 solides maximum) ;
2.A.3) Modélisation cinématique des
systèmes mécaniques :  compléter une partie de schéma cinématique.
Modélisation des liaisons ;
Graphe de liaisons ;
Schéma cinématique : spatial et Les conditions et les limites de la modélisation plane
Plan ;
Association de liaisons en série et seront précisées et justifiées.
en parallèle (Définitions et
exemples).

2.B) Cinématique du solide indéformable

Mettre l’accent sur les opérations vectorielles
2.B.1) Rappels et compléments de rencontrées en cinématique.

Seuls les éléments essentiels de la théorie des

calcul vectoriel et torsoriel. torseurs (opérations, invariants, axe central, couple et
glisseur ) sont présentés.

Se concerter avec le professeur de physique pour

éviter de reprendre les mêmes notions.

Les compétences acquises doivent permettre de :

2.B.2) Définition d’un solide  paramétrer les mouvements d’un solide
indéformable : indéformable ;
Référentiel : espace, temps.  associer un repère à un solide ;
Repère attaché à un  identifier les degrés de liberté d’un solide par
référentiel. Équivalence entre rapport à un autre solide ;
référentiel et solide  justifier le paramétrage du modèle retenu.
indéformable.

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2.B.3) Paramétrage de la position Le paramétrage avec les angles d’Euler ou les angles
d’un solide par rapport à un de roulis, de tangage et de lacet est présenté, mais la
autre solide. maîtrise de ces angles n’est pas exigible.

2.B.4) Dérivée temporelle d’un

vecteur par rapport à un Pour la dérivée d’un vecteur, on insiste sur la
référentiel. Relation entre les différence entre référentiel d’observation et éventuelle
dérivées temporelles d’un base d’expression du résultat.
vecteur par rapport à deux
référentiels distincts. Vecteur
vitesse de rotation de deux
référentiels en mouvement l’un
par rapport à l’autre. Notion de
trajectoire d’un point par
rapport à un référentiel.

2.B.5) Champs des vecteurs vitesse et A partir d'un système mécanique pour lequel un
des vecteurs accélération pour paramétrage est donné, les compétences acquises
un solide ; torseur distributeur doivent permettre de :
des vitesses ; équiprojectivité  déterminer le torseur cinématique d'un solide
du champ des vecteurs vitesse. par rapport à un autre solide ;
Axe instantané de rotation.  déterminer le vecteur accélération d'un point
Torseurs cinématiques des d'un solide par rapport à un autre solide ;
liaisons normalisées, repères  exploiter le roulement sans glissement.
d’expressions privilégiées.

Composition des mouvements : La composition des vecteurs accélération n’est pas

composition des vitesses de exigible.
rotation et des vitesses
linéaires.

Une modélisation plane d’un système étant adoptée et

justifiée, l’enseignant exposera les démarches de
2.B.6) Mouvements particuliers résolution graphique des problèmes plans.
translation, rotation et Ces démarches de résolution doivent être menées
mouvement plan sur plan : dans l’objectif de préciser leurs intérêts et leurs
centre instantané de rotation. limites
La méthode de résolution graphique d’un problème
plan imposée, l’élève doit être capable de déterminer
les vecteurs vitesses demandés.
2.B.7) Cinématique du contact
ponctuel entre deux solides :
- roulement, pivotement,
- vitesse de glissement ;
- condition cinématique de
maintien du contact.
Etant donné une chaîne cinématique, les compétences
2. B.8) loi entrée-sortie géométrique et acquises doivent permettre de :
cinématique.  déterminer sa loi entrée - sortie géométrique ;
 déterminer les relations de fermeture
cinématique et déduire la mobilité
cinématique ;
 déterminer la loi entrée – sortie cinématique.

2.B.9) Exemples d’application : L’étude des mécanismes de transmission et de

étude cinématique des transformation de mouvement devra se limiter à leur
mécanismes classiques de loi entrée-sortie cinématique.
transmission et de transformation Toute autre étude est hors programme.
de mouvement (bielle-manivelle,
engrenages ….)

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2.C) Statique des solides Les compétences acquises doivent permettre de :
2.C.1) Modélisation locale des actions
 associer un modèle à une action mécanique ;
mécaniques :
- actions à distance et de  déterminer la relation entre le modèle local et
contact ;
- lois de Coulomb relatives au le modèle global ;
glissement ;
- résistance au roulement et au  associer à chaque liaison son torseur
pivotement.
d’actions mécaniques transmissibles ;
2.C.2) Modélisation globale des  déterminer les inconnues de liaison ;
actions mécaniques :
 déterminer la valeur des paramètres
torseur associé.
conduisant à des positions d'équilibre (par
2.C.3) Action mécanique exemple l'arcboutement) ;
transmissible par une liaison
sans frottement. Cas des  exploiter et interpréter (dans la limite du

liaisons normalisées et de la possible) les résultats d'un logiciel de calcul

modélisation plane.
(analyse de la modélisation proposée et des

2.C.4) Principe fondamental de la résultats obtenus).

Statique : Une modélisation plane d’un système étant adoptée et

- théorèmes généraux ; justifiée, l’enseignant exposera les démarches de
- équilibre d'un solide, d'un résolution graphique des problèmes plans.
ensemble de solides ; Ces démarches de résolution, doivent être menées
- théorème des actions dans l’objectif de préciser leurs intérêts et leurs .
réciproques. La méthode de résolution graphique d’un problème
plan étant imposée, l’élève doit être capable de
2.C.5) Applications :
déterminer les glisseurs (forces) demandés dans le cas
modèles avec ou sans
d’un système de solides soumis à deux ou trois
frottement : arcboutement
glisseurs coplanaires non parallèles. (ou tout autre
système de forces qu’on peut ramener au moyen
d’hypothèses simplificatrices à deux ou trois forces
coplanaires non parallèles).

2.C.6) Association de liaisons en Les compétences acquises doivent permettre de :

 identifier la liaison équivalente aux liaisons
série et en parallèle : en parallèles ou en série par une étude
statique et cinématique ;
- liaisons équivalentes (Par  sans calcul, identifier la liaison équivalente
aux liaisons en parallèle ou en série (se
limiter aux cas simples) ;
une étude cinématique et  déterminer les mobilités cinématiques .

statique)
L’étude des chaînes fermées, des chaînes complexes
et de l’hyperstatisme ainsi que la détermination
- mobilité cinématique. de la mobilité cinématique par l’approche globale
intuitive de ces chaînes sont hors programme.

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3- Automatique :

3.A) Systèmes combinatoires

Les compétences acquises devront permettre de :
3.A.1) Codage de l'information :
binaire naturel, binaire réfléchi,
code p parmi n, représentation  coder une information ;
hexadécimale.

3.A.2) Algèbre de Boole :  exprimer le fonctionnement par un ensemble

- propriétés fondamentales :
idempotance, élément neutre,
élément absorbant et d’équations logiques ;
complémentation
- théorème de De Morgan ;
 simplifier ces équations (se limiter à la
3.A.3) Opérateurs logiques
fondamentaux méthode de Karnaugh) ;
(ET, OU, NON);

3.A.4) Spécification d'une fonction  représenter ces équations (logigramme,

booléenne ; table de vérité,
tableau de Karnaugh et
schéma à contacts) ;
chronogramme ;

3.A.5) Technique de simplification par  représenter tout ou partie de l’évolution

méthode de Karnaugh ;

temporelle ;
3.A.6) Représentation des fonctions
 décrire et compléter un algorithme représenté
logiques :

logigrammes et schémas à sous forme graphique (algorigramme).

contacts.
Pour la simplification par le tableau de Karnaugh, on
se limite à des fonctions d’au plus 5 variables.

3.B) Systèmes à événements discrets

- définitions ;
- notion de mémoire ; L’illustration de la notion de mémoire se fera à partir
- chronogramme ; de la présentation du fonctionnement des
- diagramme de séquences ; bascules RS, JK et D.
- diagramme d’états. Le mode de fonctionnement de chacun des
constituants d’un système à événements discrets, étant
3.C) Structures algorithmiques :
fourni (table de vérité, chronogramme …), l’élève doit
- variables
être capable d’analyser le comportement du système
- boucles, conditions,
global.
- transitions conditionnelles.